吸煙對人體多組織及細(xì)胞DNA甲基化的影響：分子機(jī)制與健康風(fēng)險的深度剖析

吸煙對人體多組織及細(xì)胞DNA甲基化的影響：分子機(jī)制與健康風(fēng)險的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義吸煙是一個全球性的公共衛(wèi)生問題，其對人體健康的危害已被廣泛認(rèn)知。世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，全球每年因吸煙導(dǎo)致的死亡人數(shù)高達(dá)800萬，且這一數(shù)字仍在持續(xù)上升。吸煙不僅是肺癌的主要誘因，約85%的肺癌患者都有吸煙史，還與多種嚴(yán)重疾病如心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。在心血管系統(tǒng)方面，吸煙會損傷血管內(nèi)皮功能，導(dǎo)致動脈粥樣硬化，使血管腔變窄，增加心肌梗死、腦卒中等疾病的發(fā)病風(fēng)險；在呼吸系統(tǒng)，吸煙可引發(fā)慢性阻塞性肺疾?。–OPD）、支氣管炎等，長期吸煙還會破壞肺部結(jié)構(gòu)和肺功能，降低呼吸道的免疫防御能力。DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾，在生物過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，將甲基基團(tuán)添加到特定的DNA區(qū)域，主要是CpG島。這種修飾能夠在不改變DNA序列的前提下，調(diào)控基因的表達(dá)，進(jìn)而影響細(xì)胞的分化、發(fā)育以及衰老等過程。在胚胎發(fā)育階段，DNA甲基化模式的正確建立對于細(xì)胞的分化和組織器官的形成至關(guān)重要；在成年個體中，DNA甲基化參與維持細(xì)胞的正常功能和穩(wěn)態(tài)，異常的DNA甲基化與多種疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，如腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。深入研究吸煙與DNA甲基化之間的關(guān)系，對于全面理解吸煙對人體健康的危害具有重要意義。一方面，吸煙產(chǎn)生的多種有害物質(zhì)，如亞硝胺、多環(huán)芳香烴等，可能直接或間接干擾DNA甲基化的正常調(diào)控機(jī)制，導(dǎo)致基因表達(dá)異常，從而引發(fā)疾病。研究吸煙對DNA甲基化的影響，有助于揭示吸煙相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制，為開發(fā)針對性的治療策略提供理論依據(jù)。另一方面，DNA甲基化具有潛在的作為生物標(biāo)志物的價值，可用于評估吸煙對個體健康的影響程度以及預(yù)測吸煙相關(guān)疾病的發(fā)生風(fēng)險，這對于疾病的早期預(yù)防和干預(yù)具有重要的臨床意義。1.2研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在全面、系統(tǒng)地分析吸煙對人體多組織及細(xì)胞DNA甲基化的影響，深入探討其在吸煙相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制。具體而言，通過收集不同吸煙狀態(tài)個體的多種組織樣本，包括肺組織、血液、口腔黏膜等，運(yùn)用先進(jìn)的DNA甲基化檢測技術(shù)，如全基因組重亞硫酸鹽測序（WGBS）、甲基化特異性PCR（MS-PCR）等，精確測定DNA甲基化水平，識別與吸煙相關(guān)的差異甲基化區(qū)域（DMRs）和差異甲基化位點(diǎn)（DMSs）。進(jìn)一步結(jié)合生物信息學(xué)分析，探究這些DMRs和DMSs所關(guān)聯(lián)的基因及其參與的生物學(xué)通路，揭示吸煙影響DNA甲基化進(jìn)而導(dǎo)致疾病的潛在分子機(jī)制。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。在研究內(nèi)容上，綜合考慮了吸煙對多種人體組織及細(xì)胞類型DNA甲基化的影響，突破了以往研究僅關(guān)注單一組織或細(xì)胞的局限性，更全面地反映吸煙對整體機(jī)體的影響。在研究方法上，采用多組學(xué)聯(lián)合分析策略，將DNA甲基化數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等數(shù)據(jù)相結(jié)合，從多個層面深入解析吸煙與DNA甲基化以及疾病發(fā)生之間的復(fù)雜關(guān)系，為揭示其分子機(jī)制提供更豐富的信息。此外，本研究還將探討基于DNA甲基化的潛在干預(yù)策略，如通過藥物或其他手段調(diào)節(jié)異常的DNA甲基化水平，為吸煙相關(guān)疾病的預(yù)防和治療提供新的思路和方法，具有重要的臨床應(yīng)用價值。二、吸煙現(xiàn)狀與危害概述2.1全球吸煙流行趨勢在過去的幾十年間，全球吸煙率整體呈現(xiàn)出下降的態(tài)勢。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的報(bào)告顯示，2000年，全球約有三分之一的成年人吸煙，而到了2022年，這一比例降至約五分之一，即12.45億成年人吸煙。預(yù)計(jì)到2025年，全球吸煙者數(shù)量將進(jìn)一步降至12億。這一積極變化得益于全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)格的控?zé)煷胧缣岣邿煵荻?、限制煙草廣告、實(shí)施公共場所禁煙等政策的推行。不同地區(qū)的吸煙情況存在顯著差異。在高收入國家，吸煙率下降較為明顯。以美國為例，其吸煙率已降至11%，這主要?dú)w功于嚴(yán)格的煙草管控措施，包括提高煙草稅、禁止在公共場合抽煙、限制煙草廣告投放等。美國部分地區(qū)甚至對吸煙行為實(shí)施嚴(yán)厲處罰，如公司開除吸煙員工、高額罰款乃至判刑等，使得香煙價格上漲，年輕人購買香煙的難度增加，從而有效抑制了吸煙率。歐洲一些國家，如荷蘭，在控?zé)煼矫嬉踩〉昧孙@著成效，與2010年相比，2022年的吸煙者減少了約30%。然而，在一些中低收入國家，吸煙率的下降趨勢相對緩慢，甚至在部分國家仍呈現(xiàn)上升態(tài)勢。埃及、印度尼西亞、約旦等國的吸煙者數(shù)量持續(xù)增加。在印度尼西亞，煙草在當(dāng)?shù)匚幕懈畹俟蹋覠煵莓a(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)中占據(jù)一定地位，這使得控?zé)熣叩膶?shí)施面臨較大阻力，導(dǎo)致吸煙率居高不下。從年齡段來看，青少年吸煙問題不容忽視。盡管全球范圍內(nèi)青少年吸煙率總體呈下降趨勢，但仍有相當(dāng)數(shù)量的青少年過早接觸煙草。在一些國家，青少年吸煙率下降緩慢甚至出現(xiàn)反彈，這與青少年對吸煙危害認(rèn)識不足、易受同伴影響以及煙草營銷手段的誘惑等因素有關(guān)。部分煙草公司針對青少年推出口味多樣、包裝新穎的煙草產(chǎn)品，吸引青少年嘗試吸煙。在性別方面，男性吸煙率普遍高于女性，但女性吸煙率在一些地區(qū)呈現(xiàn)出上升趨勢。在日本，2022年男性吸煙率為25.4%，女性為7.7%；韓國當(dāng)前吸煙率為22.2%，其中女性吸煙率在不同年齡段有所上升，特別是電子煙的使用率在三年內(nèi)翻了一番，增至15%。在中國，成年男性吸煙率接近50%，尤其是農(nóng)村地區(qū)比例更高，而女性吸煙率相對較低，但不同省份存在差異，東北省份女性吸煙率相對較高。2.2吸煙導(dǎo)致的健康問題吸煙是多種嚴(yán)重疾病的重要誘因，對人體健康造成了廣泛而深遠(yuǎn)的危害。在眾多吸煙引發(fā)的疾病中，癌癥首當(dāng)其沖。吸煙與肺癌的關(guān)聯(lián)極為密切，大量研究表明，約85%的肺癌病例與吸煙有關(guān)。煙草燃燒產(chǎn)生的煙霧中含有多種致癌物質(zhì)，如多環(huán)芳烴、亞硝胺、芳香胺等，這些物質(zhì)可直接損傷DNA，導(dǎo)致基因突變，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞異常增殖和癌變。吸煙不僅增加患肺癌的風(fēng)險，還會使肺癌的死亡率顯著升高，與不吸煙者相比，吸煙者死于肺癌的風(fēng)險高出數(shù)倍。除了肺癌，吸煙還與其他多種癌癥的發(fā)生相關(guān)，如口腔癌、食管癌、膀胱癌、胰腺癌等?？谇话┗颊咧?，吸煙人群的比例明顯高于非吸煙人群，吸煙產(chǎn)生的有害物質(zhì)會刺激口腔黏膜，長期積累可導(dǎo)致口腔黏膜細(xì)胞癌變；在食管癌方面，吸煙會破壞食管黏膜的正常屏障功能，增加致癌物對食管黏膜的損傷，從而提高食管癌的發(fā)病風(fēng)險。心血管疾病也是吸煙的常見危害之一。吸煙會對心血管系統(tǒng)造成多方面的損害，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙，使血管壁的通透性增加，血液中的脂質(zhì)更容易沉積在血管壁上，逐漸形成動脈粥樣硬化斑塊。這些斑塊會使血管腔變窄，阻礙血液流動，增加心臟負(fù)擔(dān)，進(jìn)而引發(fā)冠心病、心肌梗死、腦卒中等嚴(yán)重心血管疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，吸煙使患冠心病的風(fēng)險增加2-4倍，患心肌梗死的風(fēng)險增加2-6倍，患腦卒中的風(fēng)險增加2-5倍。吸煙還會導(dǎo)致血液黏稠度增加，血小板聚集性增強(qiáng)，容易形成血栓，進(jìn)一步加重心血管疾病的發(fā)生風(fēng)險。長期吸煙的人，其血液中的一氧化碳含量升高，一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合形成碳氧血紅蛋白，降低了血紅蛋白的攜氧能力，導(dǎo)致組織器官缺氧，也會對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。呼吸系統(tǒng)同樣深受吸煙的危害。吸煙是慢性阻塞性肺疾?。–OPD）的主要病因，約80%-90%的COPD患者有吸煙史。煙草煙霧中的有害物質(zhì)會刺激呼吸道黏膜，引發(fā)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致氣道狹窄、黏液分泌增加、纖毛運(yùn)動功能受損，從而使氣道阻力增加，肺通氣功能下降，逐漸發(fā)展為COPD。患者會出現(xiàn)咳嗽、咳痰、呼吸困難等癥狀，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，且COPD呈進(jìn)行性發(fā)展，最終可能導(dǎo)致呼吸衰竭和肺心病。吸煙還會引發(fā)支氣管炎、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病，長期吸煙會使支氣管黏膜反復(fù)發(fā)炎，導(dǎo)致支氣管炎反復(fù)發(fā)作；對于哮喘患者，吸煙會誘發(fā)哮喘發(fā)作，加重病情，增加哮喘的治療難度。吸煙對免疫系統(tǒng)也有負(fù)面影響。煙草中的有害物質(zhì)會直接損害呼吸道黏膜，破壞呼吸道中纖毛的清除功能，使病毒、細(xì)菌更容易侵入身體。吸煙還會導(dǎo)致肺部組織發(fā)生炎癥和纖維化，影響免疫細(xì)胞的正常活動，抑制免疫細(xì)胞活性，減少其數(shù)量，使身體對抗病原體的能力明顯下降。長期吸煙的人更容易患上呼吸道感染、肺炎等疾病，且感染后恢復(fù)時間較長。吸煙還是慢性呼吸疾病、惡性腫瘤、心腦血管疾病、糖尿病等的共同危險因素，一旦患上述疾病，會進(jìn)一步削弱人體免疫力，形成惡性循環(huán)。神經(jīng)系統(tǒng)也會受到吸煙的損害。吸煙會導(dǎo)致大腦中多巴胺、乙酰膽堿、谷氨酸等神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和更新受到影響，從而影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)態(tài)。煙草中的有毒物質(zhì)及吸煙時產(chǎn)生的某些物質(zhì)，如一氧化碳、煙堿等，會導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的氧氣供應(yīng)不足，進(jìn)而影響神經(jīng)細(xì)胞的生長、分化和功能，甚至導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡。長期吸煙還會增加腦血管病，如腦梗死、腦出血等的發(fā)病風(fēng)險，導(dǎo)致大腦皮質(zhì)、海馬等認(rèn)知功能區(qū)的萎縮，影響記憶、注意力、判斷力等認(rèn)知功能，增加患帕金森病、阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險。三、DNA甲基化的生物學(xué)基礎(chǔ)3.1DNA甲基化的概念與機(jī)制DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，在生物過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。它是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNAmethyltransferase，DNMT）的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）作為甲基供體，將甲基基團(tuán)共價結(jié)合到DNA分子特定堿基上的化學(xué)修飾過程。在真核生物中，DNA甲基化主要發(fā)生在CpG二核苷酸中胞嘧啶的5'碳位，形成5-甲基胞嘧啶（5-mC），這是植物、動物等真核生物DNA甲基化的主要形式，也是目前發(fā)現(xiàn)的哺乳動物DNA甲基化的唯一形式。DNA甲基化的機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多種酶和因子的參與?；蚪M中DNA的甲基化模式主要通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶來實(shí)現(xiàn)，DNA甲基化酶可分為維持DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（Dnmt1或維持甲基化酶）和從頭甲基化酶。根據(jù)序列的同源性和功能，真核生物DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶又分為4類：Dnmt1/MET1、Dnmt2、CMTs和Dn-mt3。其中，Dnmt1類酶主要參與CG序列甲基化的維持，它能夠識別半甲基化的DNA雙鏈，并以母鏈為模板，將甲基基團(tuán)添加到新合成的子鏈上，使甲基化狀態(tài)在細(xì)胞分裂過程中得以穩(wěn)定傳遞。Dnmt3a和Dnmt3b則主要負(fù)責(zé)從頭甲基化，即在未甲基化的DNA區(qū)域上建立新的甲基化位點(diǎn)，它們在未分化的胚胎干細(xì)胞中高度表達(dá)，但在體細(xì)胞中表達(dá)水平較低。此外，CMTs類酶僅存在于植物中，主要特異性地維持CG序列的甲基化。DNA甲基化反應(yīng)可分為兩種類型。一種是從頭甲基化（denovomethylation），即兩條鏈均未甲基化的DNA被甲基化，這一過程需要從頭甲基化酶的參與，它能夠識別特定的DNA序列，并在這些位點(diǎn)上添加甲基基團(tuán)。從頭甲基化在胚胎發(fā)育早期以及細(xì)胞分化過程中起著關(guān)鍵作用，它有助于建立細(xì)胞特異性的DNA甲基化模式，調(diào)控基因的表達(dá)，從而決定細(xì)胞的命運(yùn)和功能。另一種是保留甲基化（maintenancemethylation），是指雙鏈DNA的其中一條鏈已存在甲基化，另一條未甲基化的鏈被甲基化。在DNA復(fù)制過程中，Dnmt1能夠識別半甲基化的DNA雙鏈，并將甲基基團(tuán)添加到新合成的子鏈上，實(shí)現(xiàn)甲基化模式的穩(wěn)定遺傳，確保細(xì)胞在分裂過程中保持其特定的基因表達(dá)譜和功能。DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶識別靶位點(diǎn)的機(jī)制也十分關(guān)鍵。由于Dnmt1和Dnmt3基因家族本身沒有針對CpG二核苷酸序列的特異性，因此存在其他因素協(xié)助它們發(fā)現(xiàn)靶位點(diǎn)。一方面，具有染色體重構(gòu)和DNA螺旋酶活性的蛋白質(zhì)，如SNF2家族的ATRX和Lsh，能夠調(diào)節(jié)哺乳動物細(xì)胞內(nèi)DNA甲基化，它們可以改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，使DNA甲基轉(zhuǎn)移酶更容易接近某些染色體區(qū)域。另一方面，附件因子（如蛋白質(zhì)、RNA等）能夠召集DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶到特定的基因組序列或染色體結(jié)構(gòu)中。例如，pRB蛋白等能夠與Dnmt1相互作用，在S期晚期將它召集到高度甲基化的異染色質(zhì)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)對特定區(qū)域DNA甲基化的調(diào)控。DNA甲基化后，會引起DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，進(jìn)而影響基因表達(dá)。當(dāng)基因啟動子區(qū)域的CpG島發(fā)生甲基化時，會導(dǎo)致DNA的構(gòu)象發(fā)生變化，使轉(zhuǎn)錄因子無法與啟動子區(qū)域正常結(jié)合，或者結(jié)合效率下降，從而抑制基因的轉(zhuǎn)錄過程，使基因表達(dá)沉默或下調(diào)。此外，識別甲基化的蛋白會與甲基化的DNA結(jié)合，進(jìn)一步阻止轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合，增強(qiáng)對基因表達(dá)的抑制作用。在某些情況下，DNA甲基化還可以通過影響染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)，如使染色質(zhì)凝縮，從而阻礙基因轉(zhuǎn)錄相關(guān)復(fù)合物的形成和作用，間接調(diào)控基因表達(dá)。3.2DNA甲基化對基因表達(dá)的調(diào)控DNA甲基化作為一種重要的表觀遺傳修飾，對基因表達(dá)的調(diào)控起著關(guān)鍵作用，其調(diào)控機(jī)制復(fù)雜且多樣，主要通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)以及影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合等方式來實(shí)現(xiàn)。DNA甲基化能夠改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響基因表達(dá)。在真核生物中，DNA與組蛋白緊密結(jié)合形成染色質(zhì)。當(dāng)DNA發(fā)生甲基化時，會引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的重塑。具體而言，甲基化的DNA可以招募一些與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)相關(guān)的蛋白質(zhì)，如甲基化CpG結(jié)合蛋白（MBDs）。這些蛋白質(zhì)能夠與甲基化的DNA結(jié)合，并進(jìn)一步招募組蛋白修飾酶，如組蛋白去乙?；福℉DACs）。HDACs可以去除組蛋白上的乙?；?，使組蛋白與DNA的結(jié)合更加緊密，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更加致密。這種致密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)阻礙了轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子與DNA的接觸，使得基因轉(zhuǎn)錄難以進(jìn)行，從而抑制了基因表達(dá)。例如，在胚胎發(fā)育過程中，某些基因在特定階段需要保持沉默狀態(tài)，DNA甲基化通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，使這些基因所在區(qū)域的染色質(zhì)凝縮，有效地抑制了基因的表達(dá)，確保胚胎發(fā)育按照正常程序進(jìn)行。DNA甲基化對轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合也有顯著影響?；虻谋磉_(dá)需要轉(zhuǎn)錄因子與基因啟動子區(qū)域的特定DNA序列結(jié)合，啟動轉(zhuǎn)錄過程。當(dāng)基因啟動子區(qū)域的CpG島發(fā)生甲基化時，會改變DNA的局部構(gòu)象和電荷分布。這種變化可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子無法識別或結(jié)合到啟動子區(qū)域，或者降低轉(zhuǎn)錄因子與啟動子的結(jié)合親和力。研究表明，許多轉(zhuǎn)錄因子，如AP-1、SP1等，其結(jié)合位點(diǎn)附近的CpG島甲基化會顯著抑制它們與DNA的結(jié)合能力，從而阻斷基因的轉(zhuǎn)錄起始。一些腫瘤抑制基因的啟動子區(qū)域在正常情況下處于低甲基化狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄因子能夠順利結(jié)合，啟動基因轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮抑制腫瘤的作用。然而，在腫瘤發(fā)生過程中，這些基因啟動子區(qū)域的CpG島發(fā)生高甲基化，轉(zhuǎn)錄因子無法結(jié)合，導(dǎo)致腫瘤抑制基因沉默，腫瘤細(xì)胞得以不受控制地增殖。DNA甲基化還可以通過與其他表觀遺傳修飾相互作用來調(diào)控基因表達(dá)。例如，DNA甲基化與組蛋白甲基化、乙?；刃揎椫g存在著密切的關(guān)聯(lián)。組蛋白的不同修飾狀態(tài)可以影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而影響DNA甲基化的水平和分布。在某些情況下，組蛋白的甲基化修飾可以促進(jìn)DNA甲基化的發(fā)生，共同抑制基因表達(dá)；而在另一些情況下，組蛋白的乙酰化修飾則可以拮抗DNA甲基化的作用，促進(jìn)基因表達(dá)。這種表觀遺傳修飾之間的相互作用形成了一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，精確地調(diào)控著基因在不同細(xì)胞類型和生理狀態(tài)下的表達(dá)。3.3DNA甲基化在正常生理和疾病中的作用DNA甲基化在正常生理過程中扮演著至關(guān)重要的角色，對胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化等過程有著深遠(yuǎn)的影響。在胚胎發(fā)育的起始階段，DNA甲基化模式經(jīng)歷著劇烈的動態(tài)變化。在受精后，受精卵基因組會發(fā)生大規(guī)模的去甲基化，這一過程使得胚胎基因組擺脫親代的甲基化印記，重新建立起胚胎特異性的甲基化模式。隨后，在胚胎植入子宮前后，從頭甲基化過程啟動，使基因組重新甲基化，構(gòu)建出與胚胎發(fā)育階段和細(xì)胞類型相適應(yīng)的甲基化圖譜。這些精確的甲基化變化對于胚胎細(xì)胞的全能性維持、多能性建立以及后續(xù)的組織器官分化至關(guān)重要。例如，在胚胎干細(xì)胞向不同組織細(xì)胞分化的過程中，特定基因區(qū)域的DNA甲基化狀態(tài)會發(fā)生改變，通過調(diào)控基因的表達(dá)，引導(dǎo)細(xì)胞向特定的譜系分化，如神經(jīng)干細(xì)胞的分化過程中，與神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的甲基化狀態(tài)會發(fā)生動態(tài)變化，從而確保神經(jīng)細(xì)胞的正常發(fā)育和功能。在細(xì)胞分化過程中，DNA甲基化同樣起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。隨著細(xì)胞分化的進(jìn)行，細(xì)胞逐漸獲得特定的形態(tài)和功能，這一過程伴隨著DNA甲基化模式的高度特異性變化。不同類型的細(xì)胞具有獨(dú)特的DNA甲基化圖譜，這些圖譜決定了細(xì)胞的基因表達(dá)譜，進(jìn)而決定了細(xì)胞的特性和功能。例如，在造血干細(xì)胞分化為紅細(xì)胞、白細(xì)胞等不同血細(xì)胞的過程中，相關(guān)基因的甲基化狀態(tài)會發(fā)生顯著改變。與紅細(xì)胞生成相關(guān)的基因，如珠蛋白基因，在紅細(xì)胞分化過程中其啟動子區(qū)域處于低甲基化狀態(tài)，使得這些基因能夠高效表達(dá)，促進(jìn)血紅蛋白的合成和紅細(xì)胞的正常發(fā)育；而與免疫功能相關(guān)的基因，在白細(xì)胞分化過程中會呈現(xiàn)出特定的甲基化模式，以調(diào)控免疫相關(guān)基因的表達(dá)，確保白細(xì)胞具備正常的免疫功能。DNA甲基化異常與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。在腫瘤領(lǐng)域，DNA甲基化異常是腫瘤發(fā)生的重要特征之一。腫瘤細(xì)胞常常表現(xiàn)出基因組整體的低甲基化以及某些特定基因啟動子區(qū)域的高甲基化?；蚪M整體低甲基化會導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定性增加，使得一些原本沉默的轉(zhuǎn)座子等重復(fù)序列被激活，增加了基因突變的風(fēng)險，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。而特定基因啟動子區(qū)域的高甲基化則會導(dǎo)致這些基因的表達(dá)沉默，尤其是一些腫瘤抑制基因，如p16、BRCA1等。當(dāng)這些腫瘤抑制基因因高甲基化而無法正常表達(dá)時，細(xì)胞的增殖、凋亡、DNA修復(fù)等正常生理過程受到干擾，腫瘤細(xì)胞得以逃脫正常的生長調(diào)控機(jī)制，進(jìn)而不受控制地增殖和擴(kuò)散。研究表明，在乳腺癌患者中，BRCA1基因啟動子區(qū)域的高甲基化發(fā)生率較高，與乳腺癌的發(fā)生風(fēng)險增加密切相關(guān)；在結(jié)直腸癌中，p16基因的高甲基化也較為常見，且與腫瘤的惡性程度和預(yù)后不良相關(guān)。除了腫瘤，DNA甲基化異常還與神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。例如，在阿爾茨海默病中，DNA甲基化的異常變化影響了多個與神經(jīng)功能相關(guān)基因的表達(dá)。一些參與神經(jīng)遞質(zhì)代謝、突觸可塑性和神經(jīng)炎癥調(diào)節(jié)的基因，其啟動子區(qū)域的甲基化水平發(fā)生改變，導(dǎo)致這些基因表達(dá)失調(diào)，進(jìn)而影響神經(jīng)細(xì)胞的正常功能，引發(fā)神經(jīng)元的損傷和死亡，最終導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙和癡呆癥狀的出現(xiàn)。在帕金森病中，DNA甲基化異常也被發(fā)現(xiàn)與疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，某些與多巴胺能神經(jīng)元功能相關(guān)的基因，如Parkin、DJ-1等，其甲基化狀態(tài)的改變可能影響這些基因的表達(dá)，導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的功能受損和凋亡，從而引發(fā)帕金森病的癥狀。DNA甲基化在心血管疾病的發(fā)生發(fā)展中也起著重要作用。動脈粥樣硬化是心血管疾病的重要病理基礎(chǔ)，研究發(fā)現(xiàn)，在動脈粥樣硬化病變過程中，與血管內(nèi)皮細(xì)胞功能、炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)代謝等相關(guān)的基因存在DNA甲基化異常。例如，血管內(nèi)皮細(xì)胞中一些參與一氧化氮合成和釋放的基因，如內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）基因，其啟動子區(qū)域的高甲基化會導(dǎo)致eNOS表達(dá)降低，使得血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮的能力下降，血管舒張功能受損，促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)生。炎癥相關(guān)基因的甲基化異常也會導(dǎo)致炎癥因子的過度表達(dá)，加劇血管壁的炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊的形成和發(fā)展。四、吸煙對不同組織DNA甲基化的影響4.1肺部組織4.1.1肺部DNA甲基化與吸煙的關(guān)聯(lián)研究眾多研究表明，吸煙與肺部組織的DNA甲基化之間存在緊密的關(guān)聯(lián)。芝加哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)分析了916份來自人體九種組織（包括肌肉、肺部、血液、腎臟、乳腺、前列腺、卵巢、睪丸和結(jié)腸）的樣本，通過對這些樣本中CpG位點(diǎn)上的胞嘧啶甲基化進(jìn)行鑒定，并結(jié)合供者的吸煙數(shù)據(jù)（分為從不吸煙者、曾經(jīng)吸煙者和現(xiàn)在吸煙者）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個與吸煙相關(guān)的甲基化標(biāo)記，其中肺部組織表現(xiàn)得尤為顯著。在212個肺部組織樣本中，研究團(tuán)隊(duì)共發(fā)現(xiàn)了6350個與吸煙相關(guān)的胞嘧啶甲基化轉(zhuǎn)變，這些轉(zhuǎn)變涉及到眾多基因區(qū)域，且許多甲基化水平低于正常狀態(tài)。另有研究運(yùn)用全基因組甲基化測序技術(shù)，對吸煙人群和非吸煙人群的肺部組織進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)了大量與吸煙相關(guān)的差異甲基化區(qū)域（DMRs）和差異甲基化位點(diǎn)（DMSs）。在某些基因的啟動子區(qū)域，如AHRR（芳香烴受體阻遏因子）基因，吸煙人群的甲基化水平明顯低于非吸煙人群。AHRR基因在調(diào)控細(xì)胞對環(huán)境污染物的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，其甲基化水平的改變可能會影響基因的正常表達(dá)，進(jìn)而干擾細(xì)胞的生理功能。F2RL3（F2R樣凝血酶或胰蛋白酶受體3）基因的位點(diǎn)cg03636183在重度吸煙者中甲基化水平更低，該基因編碼的轉(zhuǎn)化生長因子受體（PAR4）蛋白參與血小板活化等生理過程，其甲基化水平的異常與吸煙導(dǎo)致的心血管功能異常密切相關(guān)。對長期吸煙且患有慢性阻塞性肺疾?。–OPD）患者的肺部組織研究發(fā)現(xiàn)，一些與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的甲基化模式也發(fā)生了顯著改變。IL-6（白細(xì)胞介素-6）基因啟動子區(qū)域的甲基化水平在吸煙的COPD患者中明顯降低，導(dǎo)致IL-6基因表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)炎癥反應(yīng)的加劇，這與COPD的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。這些研究結(jié)果表明，吸煙會引起肺部組織DNA甲基化模式的廣泛改變，涉及多個基因和生物學(xué)通路，為進(jìn)一步揭示吸煙對肺部健康的危害機(jī)制提供了重要線索。4.1.2吸煙引起肺部DNA甲基化變化的特征與機(jī)制吸煙引起的肺部DNA甲基化變化具有一定的特征。從甲基化水平來看，呈現(xiàn)出整體低甲基化和局部高甲基化并存的現(xiàn)象。在全基因組范圍內(nèi)，吸煙會導(dǎo)致部分區(qū)域的DNA甲基化水平降低，使基因組的穩(wěn)定性下降，增加了基因突變的風(fēng)險。某些重復(fù)序列如LINE-1（長散在核元件-1）的甲基化水平在吸煙人群的肺部組織中顯著降低，LINE-1的低甲基化會增強(qiáng)其轉(zhuǎn)座活性，可能導(dǎo)致基因組的重排和不穩(wěn)定，進(jìn)而影響基因的正常表達(dá)。在一些關(guān)鍵基因的啟動子區(qū)域，又存在高甲基化現(xiàn)象。如腫瘤抑制基因p16的啟動子區(qū)域，在吸煙人群的肺部組織中甲基化水平升高，使得p16基因無法正常表達(dá)，無法發(fā)揮其抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用，這可能是吸煙增加肺癌發(fā)病風(fēng)險的重要原因之一。從變化的持續(xù)性來看，吸煙引起的DNA甲基化變化具有一定的持久性。即使在戒煙后，部分DNA甲基化改變?nèi)匀淮嬖?。對戒煙者的肺部組織進(jìn)行長期跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，一些與吸煙相關(guān)的甲基化位點(diǎn)在戒煙后的幾年甚至幾十年內(nèi)仍保持異常狀態(tài)。AHRR基因位點(diǎn)的甲基化水平在戒煙者中雖然有所恢復(fù)，但與從未吸煙者相比，仍然存在顯著差異，這種持續(xù)性的甲基化改變可能是導(dǎo)致戒煙者仍然面臨較高健康風(fēng)險的潛在因素之一。吸煙導(dǎo)致肺部DNA甲基化變化的機(jī)制較為復(fù)雜，主要與煙草中的化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。煙草煙霧中含有數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)，其中包括60多種已知的致癌物質(zhì)，如亞硝胺、多環(huán)芳香烴和芳香胺等。這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入人體后，可通過多種途徑影響DNA甲基化。多環(huán)芳香烴類物質(zhì)，如苯并芘，可與細(xì)胞內(nèi)的芳香烴受體（AhR）結(jié)合，形成復(fù)合物后進(jìn)入細(xì)胞核，與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）相互作用，改變其活性和表達(dá)水平。DNMTs活性的改變會影響DNA甲基化的正常過程，導(dǎo)致DNA甲基化模式的異常改變。亞硝胺類物質(zhì)具有較強(qiáng)的致癌性，它可以直接損傷DNA，使DNA發(fā)生烷基化等修飾，這些修飾會干擾DNA甲基化的正常調(diào)控，導(dǎo)致甲基化水平的改變。吸煙還會引發(fā)肺部組織的氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生大量的活性氧（ROS）。ROS可攻擊DNA分子，導(dǎo)致DNA損傷，進(jìn)而影響DNA甲基化的正常維持和調(diào)控。DNA損傷修復(fù)過程中，一些參與修復(fù)的酶和蛋白可能會與DNA甲基化相關(guān)的因子相互作用，間接影響DNA甲基化水平。4.1.3對肺部功能和疾病發(fā)生的影響吸煙引起的肺部DNA甲基化變化對肺部功能和疾病發(fā)生有著深遠(yuǎn)的影響。在肺部細(xì)胞功能方面，DNA甲基化的改變會影響基因的表達(dá)，進(jìn)而干擾肺部細(xì)胞的正常生理功能。如表面活性物質(zhì)蛋白基因（SP-A、SP-B、SP-C和SP-D）啟動子區(qū)域的甲基化水平在吸煙人群中發(fā)生改變，導(dǎo)致這些基因的表達(dá)異常。表面活性物質(zhì)蛋白對于維持肺泡的穩(wěn)定性、降低肺泡表面張力以及調(diào)節(jié)肺部免疫功能至關(guān)重要，其基因表達(dá)的異常會影響肺泡的正常功能，導(dǎo)致肺通氣和換氣功能障礙。吸煙還會導(dǎo)致肺部細(xì)胞的增殖和凋亡失衡。一些與細(xì)胞增殖相關(guān)基因的低甲基化以及與細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的高甲基化，會使得肺部細(xì)胞過度增殖，而凋亡減少，這可能導(dǎo)致肺部組織的結(jié)構(gòu)和功能紊亂。在吸煙引起的慢性阻塞性肺疾?。–OPD）中，肺部細(xì)胞的異常增殖和凋亡失衡是其重要的病理特征之一。在肺部疾病的發(fā)生發(fā)展方面，吸煙相關(guān)的DNA甲基化變化與肺癌和COPD的關(guān)系尤為密切。在肺癌方面，DNA甲基化異常是肺癌發(fā)生的重要特征之一，而吸煙是導(dǎo)致這種異常的關(guān)鍵因素。如前文所述，腫瘤抑制基因的高甲基化和癌基因的低甲基化在吸煙人群的肺部組織中較為常見，這些甲基化改變會導(dǎo)致腫瘤抑制基因失活，癌基因激活，從而促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展。p53基因啟動子區(qū)域的高甲基化在吸煙相關(guān)肺癌患者中頻繁出現(xiàn)，p53基因是一種重要的腫瘤抑制基因，其失活會使得細(xì)胞失去對異常增殖的監(jiān)控和調(diào)控能力，腫瘤細(xì)胞得以不受控制地生長和擴(kuò)散。在COPD方面，吸煙引起的DNA甲基化變化會加劇肺部的炎癥反應(yīng)和組織損傷。與炎癥相關(guān)基因的低甲基化會導(dǎo)致炎癥因子的過度表達(dá)，如IL-8、TNF-α等，這些炎癥因子會吸引大量炎癥細(xì)胞浸潤肺部組織，導(dǎo)致氣道炎癥、黏液分泌增加和氣道重塑，最終導(dǎo)致COPD的發(fā)生和發(fā)展。吸煙還會導(dǎo)致與肺組織修復(fù)和重塑相關(guān)基因的甲基化異常，影響肺組織的修復(fù)能力，使得COPD患者的病情不斷惡化。4.2血液組織4.2.1血液細(xì)胞DNA甲基化與吸煙的關(guān)系血液作為人體重要的循環(huán)組織，其細(xì)胞DNA甲基化與吸煙之間存在著緊密的聯(lián)系。眾多研究表明，吸煙會導(dǎo)致血液細(xì)胞DNA甲基化模式發(fā)生顯著改變。楊蓉西教授團(tuán)隊(duì)的研究通過MALDI-TOF質(zhì)譜平臺，對不同吸煙狀況人群的血液樣本進(jìn)行分析，按照受試者的吸煙狀況將其分為重度吸煙者（在30、40歲以及入選時每天吸煙超過20支）、曾經(jīng)吸煙者（戒煙10年以上，但戒煙前每天吸煙超過20支）以及從不吸煙者（終生吸煙少于100支，或從不吸煙）。利用IlluminaHumanMethylation27KBeadChip對外周血DNA的14000多個基因啟動子區(qū)域的27578個位點(diǎn)的甲基化程度進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)位于基因F2R樣凝血酶或胰蛋白酶受體3（F2RL3）的位點(diǎn)cg03636183在重度吸煙者中甲基化水平更低。F2RL3編碼轉(zhuǎn)化生長因子受體（PAR4）蛋白，該蛋白參與血小板活化等生理過程，而吸煙導(dǎo)致該位點(diǎn)甲基化水平降低，可能會影響其正常功能，進(jìn)而干擾心血管系統(tǒng)的正常生理活動。對吸煙人群血液中白細(xì)胞的DNA甲基化研究發(fā)現(xiàn)，多個基因位點(diǎn)的甲基化水平與吸煙密切相關(guān)。AHRR基因在吸煙人群白細(xì)胞中的甲基化水平顯著低于非吸煙人群，且這種甲基化水平的差異與吸煙的強(qiáng)度和持續(xù)時間呈正相關(guān)。AHRR基因參與調(diào)控細(xì)胞對環(huán)境污染物的反應(yīng)，其甲基化水平的改變可能會影響細(xì)胞對煙草中有害物質(zhì)的代謝和解毒能力，從而增加患病風(fēng)險。在吸煙人群的血液中，GPR15基因位點(diǎn)的甲基化水平也發(fā)生明顯變化，與吸煙狀態(tài)緊密相關(guān)。GPR15基因主要在T細(xì)胞和髓系細(xì)胞中表達(dá)，其甲基化水平的改變可能會影響免疫細(xì)胞的功能，進(jìn)而影響免疫系統(tǒng)對病原體的防御能力。一些與炎癥相關(guān)基因的甲基化水平在吸煙人群血液中也出現(xiàn)異常。IL-8基因啟動子區(qū)域的甲基化水平在吸煙者血液中降低，導(dǎo)致IL-8基因表達(dá)上調(diào)。IL-8是一種重要的炎癥趨化因子，其表達(dá)增加會吸引大量炎癥細(xì)胞聚集，引發(fā)炎癥反應(yīng)，這可能是吸煙導(dǎo)致機(jī)體慢性炎癥狀態(tài)的重要機(jī)制之一。4.2.2吸煙誘導(dǎo)血液DNA甲基化改變的細(xì)胞特異性吸煙誘導(dǎo)的血液DNA甲基化改變具有明顯的細(xì)胞特異性，不同類型的血細(xì)胞對吸煙的反應(yīng)存在差異。中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員AndrewTeschendorff課題組與研究員汪思佳課題組合作的研究，通過收集并分析來自7個獨(dú)立表觀基因組關(guān)聯(lián)研究（EWAS）隊(duì)列的DNA甲基化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)與吸煙有關(guān)的DNA甲基化變化在很大程度上與種族無關(guān)，且血液中大多數(shù)吸煙相關(guān)的DNA甲基化變化主要發(fā)生在骨髓細(xì)胞系內(nèi)。具體來說，炎性單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的DNase超敏位點(diǎn)上存在大量與吸煙相關(guān)的DNA甲基化改變。這些細(xì)胞在免疫反應(yīng)和炎癥調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，吸煙導(dǎo)致它們的DNA甲基化變化，可能會影響其對病原體的識別、吞噬和清除能力，以及炎癥因子的分泌和釋放，從而影響機(jī)體的免疫功能和炎癥狀態(tài)。在淋巴細(xì)胞系內(nèi)，與吸煙相關(guān)的DNA甲基化改變相對較少。這表明淋巴細(xì)胞對吸煙的敏感性相對較低，或者吸煙對淋巴細(xì)胞的影響可能通過其他間接途徑實(shí)現(xiàn)。不過，這并不意味著吸煙對淋巴細(xì)胞沒有影響，一些研究發(fā)現(xiàn)，吸煙會改變淋巴細(xì)胞的活性和功能，雖然其DNA甲基化水平變化不明顯，但可能存在其他表觀遺傳修飾或基因表達(dá)調(diào)控的改變。不同血細(xì)胞中與吸煙相關(guān)的DNA甲基化改變所涉及的基因也具有特異性。在單核細(xì)胞中，一些與炎癥信號通路、細(xì)胞黏附相關(guān)的基因，如NF-κB信號通路相關(guān)基因、ICAM-1等，其甲基化水平在吸煙后發(fā)生顯著變化。這些基因的甲基化改變會影響單核細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和對血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附能力，進(jìn)而影響炎癥的發(fā)生和發(fā)展。在紅細(xì)胞中，雖然其主要功能是運(yùn)輸氧氣，但也有研究發(fā)現(xiàn)與血紅蛋白合成、紅細(xì)胞膜穩(wěn)定性相關(guān)的基因在吸煙后出現(xiàn)DNA甲基化改變。這些改變可能會影響紅細(xì)胞的正常生理功能，如影響血紅蛋白與氧氣的結(jié)合和解離能力，或者改變紅細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，導(dǎo)致紅細(xì)胞壽命縮短或功能異常。4.2.3對免疫系統(tǒng)和全身性健康的影響吸煙導(dǎo)致的血液DNA甲基化變化對免疫系統(tǒng)和全身性健康產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在免疫系統(tǒng)方面，血液中免疫細(xì)胞DNA甲基化的改變會直接影響免疫細(xì)胞的功能和活性。如前文所述，炎性單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的DNA甲基化變化會影響它們對病原體的免疫應(yīng)答能力，使其對病原體的識別、吞噬和清除能力下降，從而增加感染的風(fēng)險。吸煙還會導(dǎo)致T細(xì)胞和B細(xì)胞功能異常。T細(xì)胞的活化和分化受到影響，使其對病原體的特異性免疫反應(yīng)減弱；B細(xì)胞產(chǎn)生抗體的能力也可能下降，影響體液免疫功能。這使得機(jī)體整體的免疫防御能力降低，更容易受到各種病原體的侵襲，導(dǎo)致呼吸道感染、肺炎等疾病的發(fā)生率增加。從全身性健康角度來看，血液DNA甲基化變化與多種全身性疾病的發(fā)生風(fēng)險密切相關(guān)。心血管疾病方面，吸煙引起的血液DNA甲基化改變與動脈粥樣硬化、冠心病等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。F2RL3基因位點(diǎn)的低甲基化會影響血小板的活化和功能，增加血小板的聚集性，容易形成血栓，進(jìn)而導(dǎo)致動脈粥樣硬化斑塊的形成和發(fā)展，增加冠心病、心肌梗死等心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險。在代謝性疾病方面，研究發(fā)現(xiàn)吸煙相關(guān)的血液DNA甲基化變化與糖尿病的發(fā)生有關(guān)。一些與胰島素信號通路、血糖代謝相關(guān)基因的甲基化水平改變，可能會干擾胰島素的正常作用，影響血糖的調(diào)節(jié)，從而增加患糖尿病的風(fēng)險。血液DNA甲基化變化還可能通過影響炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等過程，對全身各個器官和系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，加速衰老進(jìn)程，降低整體健康水平。4.3其他組織4.3.1結(jié)腸組織的研究在結(jié)腸組織中，吸煙同樣會導(dǎo)致顯著的DNA甲基化變化。芝加哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在分析916份人體組織樣本時，發(fā)現(xiàn)了與吸煙相關(guān)的表觀遺傳變化，其中在210個結(jié)腸組織樣本中，共發(fā)現(xiàn)了2735個與吸煙相關(guān)的甲基化變化。在1646個位點(diǎn)（肺部）和22個位點(diǎn)（結(jié)腸），吸煙與DNA甲基化和局部基因表達(dá)均有關(guān)聯(lián)。盡管少數(shù)位點(diǎn)同時出現(xiàn)在肺部和結(jié)腸組織中，但所涉及到的特定CpG甲基化位點(diǎn)在每種組織類型中似乎是不同的。浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《BJC》上發(fā)表的研究指出，吸煙與結(jié)直腸癌（CRC）發(fā)病率相關(guān)，且T細(xì)胞和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞浸潤較少，提示吸煙通過抑制抗腫瘤免疫改變CRC風(fēng)險的可能機(jī)制。大量的全表觀基因組關(guān)聯(lián)研究表明，吸煙可導(dǎo)致整個表觀基因組DNA甲基化的改變，尤其是芳香烴受體阻遏因子（AHRR）基因位點(diǎn)。研究人員通過雙樣本MR分析確定了68個與吸煙相關(guān)的CpG位點(diǎn)的甲基化與結(jié)直腸癌的風(fēng)險相關(guān)（p<0.05），并且其中兩個位點(diǎn)在多重檢驗(yàn)校正后仍然存在（FDR<0.05）?；蝾A(yù)測的CpG位點(diǎn)cg02149899甲基化水平每增加1個標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險增加1.14倍（95%CI:1.07,1.22）；相反，基因預(yù)測的CpG位點(diǎn)cg17823346[ZMIZ1]甲基化與結(jié)直腸癌風(fēng)險降低相關(guān)，MR估計(jì)為0.88（95%CI:0.84,0.93）。吸煙對結(jié)腸組織DNA甲基化的影響還體現(xiàn)在炎癥性腸?。↖BD）方面。2024年1月18日，浙江大學(xué)李雪、同濟(jì)大學(xué)劉占舉、牛津大學(xué)JackSatsangi及愛丁堡大學(xué)EvropiTheodoratou共同通訊在NatureCommunications發(fā)表的研究論文表明，吸煙行為與克羅恩病（CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（UC）風(fēng)險增加有關(guān)。研究通過前瞻性隊(duì)列研究和孟德爾隨機(jī)化研究，評估了吸煙行為、吸煙相關(guān)DNA甲基化與CD和UC風(fēng)險之間的關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行全基因組甲基化分析和共定位分析來驗(yàn)證觀察到的關(guān)聯(lián)。cg17742416[DNMT3A]的DNA甲基化改變與CD（P=7.30×10?8）和UC（P=1.04×10?4）風(fēng)險相關(guān)，而cg03599224[LTA/TNF]與CD風(fēng)險相關(guān)（P=1.91×10?6），cg14647125[AHRR]和cg23916896[AHRR]與UC風(fēng)險相關(guān)（P=0.001和0.002）。這些研究結(jié)果表明，吸煙引起的結(jié)腸組織DNA甲基化變化與腸道疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，可能通過影響基因表達(dá)和免疫功能，改變腸道的微環(huán)境，進(jìn)而增加疾病的發(fā)病風(fēng)險。4.3.2口腔組織的研究口腔組織作為直接接觸煙草煙霧的部位，其DNA甲基化與吸煙也存在緊密的聯(lián)系。多項(xiàng)研究表明，吸煙會導(dǎo)致口腔組織DNA甲基化模式發(fā)生改變。對吸煙人群的口腔黏膜細(xì)胞進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，多個基因位點(diǎn)的甲基化水平與吸煙狀態(tài)相關(guān)。AHRR基因在吸煙人群的口腔黏膜細(xì)胞中甲基化水平顯著低于非吸煙人群，且這種甲基化水平的差異與吸煙的持續(xù)時間和強(qiáng)度呈正相關(guān)。AHRR基因參與調(diào)控細(xì)胞對環(huán)境污染物的反應(yīng)，其甲基化水平的改變可能會影響口腔黏膜細(xì)胞對煙草中有害物質(zhì)的代謝和解毒能力，從而增加口腔疾病的發(fā)生風(fēng)險。在口腔癌方面，吸煙相關(guān)的DNA甲基化變化起到了重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，一些與腫瘤發(fā)生、發(fā)展相關(guān)基因的啟動子區(qū)域在吸煙人群的口腔組織中呈現(xiàn)高甲基化狀態(tài)。p16基因啟動子區(qū)域的高甲基化在吸煙相關(guān)口腔癌患者中較為常見，p16基因是一種重要的腫瘤抑制基因，其啟動子區(qū)域的高甲基化會導(dǎo)致基因表達(dá)沉默，無法發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用，從而促進(jìn)口腔癌的發(fā)生發(fā)展。一些與細(xì)胞周期調(diào)控、凋亡相關(guān)的基因，如CDK4、BCL-2等，其甲基化水平在吸煙人群的口腔組織中也發(fā)生改變，這些基因的異常甲基化會干擾細(xì)胞的正常生理功能，導(dǎo)致細(xì)胞增殖和凋亡失衡，增加口腔癌的發(fā)病風(fēng)險。吸煙還會影響口腔微生物群落的組成和功能，而這一過程也與DNA甲基化相關(guān)。煙草中的有害物質(zhì)會改變口腔微環(huán)境，影響口腔微生物的生存和繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致口腔微生物群落的失衡。一些有益微生物的數(shù)量減少，而有害微生物的數(shù)量增加，這些有害微生物可能會產(chǎn)生毒素，進(jìn)一步損傷口腔組織。研究發(fā)現(xiàn)，口腔微生物群落的改變會影響宿主細(xì)胞的DNA甲基化模式，反過來，宿主細(xì)胞DNA甲基化的變化也會影響微生物群落的組成和功能。這種相互作用可能會進(jìn)一步加重口腔組織的損傷，增加口腔疾病的發(fā)生風(fēng)險。4.3.3其他可能受影響組織的探討除了肺部、血液、結(jié)腸和口腔組織外，心臟、肝臟等組織也可能受到吸煙的影響，發(fā)生DNA甲基化變化。在心臟組織中，吸煙可能通過多種途徑影響DNA甲基化。煙草中的有害物質(zhì)進(jìn)入血液循環(huán)后，可直接作用于心臟細(xì)胞，干擾DNA甲基化的正常調(diào)控機(jī)制。亞硝胺類物質(zhì)可損傷心臟細(xì)胞的DNA，導(dǎo)致DNA甲基化水平改變。吸煙還會引發(fā)炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，產(chǎn)生的炎癥因子和活性氧（ROS）可影響DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的活性和表達(dá)，進(jìn)而影響DNA甲基化模式。研究發(fā)現(xiàn)，在吸煙相關(guān)的心血管疾病患者中，一些與心臟功能、血管收縮舒張相關(guān)基因的甲基化水平發(fā)生異常。eNOS基因啟動子區(qū)域的甲基化水平升高，導(dǎo)致eNOS表達(dá)降低，使得心臟血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮的能力下降，血管舒張功能受損，增加心血管疾病的發(fā)生風(fēng)險。肝臟作為人體重要的代謝器官，也可能受到吸煙的影響。吸煙產(chǎn)生的有害物質(zhì)在肝臟中代謝時，可能會干擾肝臟細(xì)胞的正常代謝過程，影響DNA甲基化。多環(huán)芳烴類物質(zhì)在肝臟中經(jīng)過代謝活化后，可與DNA結(jié)合，形成加合物，導(dǎo)致DNA損傷，進(jìn)而影響DNA甲基化。研究表明，吸煙與肝臟疾病如非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）、肝癌等的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。在NAFLD患者中，吸煙人群的一些與脂質(zhì)代謝、炎癥反應(yīng)相關(guān)基因的甲基化水平發(fā)生改變。PPARγ基因啟動子區(qū)域的甲基化水平升高，會抑制PPARγ基因的表達(dá)，影響脂質(zhì)代謝和胰島素敏感性，促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。在肝癌患者中，吸煙也可能通過改變DNA甲基化模式，影響腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展。雖然目前對于心臟、肝臟等組織受吸煙影響的DNA甲基化研究相對較少，但這些潛在的影響不容忽視，未來需要進(jìn)一步深入研究，以揭示吸煙對這些組織健康的危害機(jī)制。五、吸煙對細(xì)胞水平DNA甲基化的作用5.1對免疫細(xì)胞的影響5.1.1T細(xì)胞、B細(xì)胞等免疫細(xì)胞的DNA甲基化改變吸煙會對T細(xì)胞、B細(xì)胞等免疫細(xì)胞的DNA甲基化產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而改變它們的功能和活性。法國巴斯德研究所的研究人員通過對1000名健康志愿者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)吸煙會對機(jī)體免疫反應(yīng)產(chǎn)生長期重大影響，且這種影響與DNA甲基化密切相關(guān)。研究表明，吸煙會降低特定基因位點(diǎn)的DNA甲基化水平，這些位點(diǎn)與體內(nèi)信號傳導(dǎo)過程和代謝相關(guān)的基因調(diào)節(jié)有關(guān)，會導(dǎo)致細(xì)胞因子水平的改變。在T細(xì)胞中，吸煙導(dǎo)致某些與T細(xì)胞活化、分化相關(guān)基因的甲基化水平發(fā)生變化。例如，在對T細(xì)胞激活劑金黃色葡萄球菌腸毒素B超抗原（SEB）、抗CD3+CD28刺激的反應(yīng)中，吸煙會增強(qiáng)IL-2和IL-13的誘導(dǎo)作用。這可能是因?yàn)槲鼰煾淖兞薚細(xì)胞中相關(guān)基因的甲基化模式，影響了基因的表達(dá)，使得T細(xì)胞在受到刺激時分泌更多的IL-2和IL-13。IL-2是一種重要的T細(xì)胞生長因子，它能夠促進(jìn)T細(xì)胞的增殖和分化，增強(qiáng)T細(xì)胞的免疫活性；IL-13則參與調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和炎癥過程，它可以抑制炎癥細(xì)胞的活化，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的功能。吸煙導(dǎo)致T細(xì)胞中IL-2和IL-13分泌異常，可能會打破T細(xì)胞免疫功能的平衡，影響機(jī)體對病原體的免疫防御能力。在B細(xì)胞中，吸煙也會引起DNA甲基化的改變，進(jìn)而影響B(tài)細(xì)胞的抗體產(chǎn)生和免疫調(diào)節(jié)功能。一些與B細(xì)胞分化、抗體類別轉(zhuǎn)換相關(guān)基因的甲基化水平在吸煙后發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，吸煙會導(dǎo)致B細(xì)胞中某些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的甲基化改變，影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合，從而干擾B細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)。這可能會導(dǎo)致B細(xì)胞的分化受阻，抗體產(chǎn)生異常，影響體液免疫功能。B細(xì)胞在受到抗原刺激后，需要經(jīng)歷一系列的分化和成熟過程，才能產(chǎn)生特異性抗體。如果吸煙導(dǎo)致B細(xì)胞相關(guān)基因的甲基化異常，可能會影響B(tài)細(xì)胞的分化進(jìn)程，使其無法正常產(chǎn)生抗體，降低機(jī)體對病原體的抵抗力。吸煙還會影響免疫細(xì)胞的代謝相關(guān)基因的DNA甲基化。免疫細(xì)胞的正常功能依賴于其代謝活動的正常進(jìn)行，而DNA甲基化的改變可能會影響免疫細(xì)胞代謝相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而影響免疫細(xì)胞的代謝功能。在巨噬細(xì)胞中，吸煙會導(dǎo)致與糖酵解、氧化磷酸化等代謝途徑相關(guān)基因的甲基化水平發(fā)生變化。這些基因的甲基化改變會影響巨噬細(xì)胞的能量代謝，使其對病原體的吞噬和清除能力下降。巨噬細(xì)胞在吞噬病原體時，需要消耗大量的能量來維持其活性和功能。如果吸煙導(dǎo)致巨噬細(xì)胞代謝相關(guān)基因的甲基化異常，影響了能量代謝，巨噬細(xì)胞就無法有效地發(fā)揮其免疫防御作用。5.1.2對免疫反應(yīng)和疾病易感性的影響機(jī)制吸煙引起的免疫細(xì)胞DNA甲基化改變對免疫反應(yīng)和疾病易感性有著深遠(yuǎn)的影響機(jī)制。從免疫反應(yīng)角度來看，DNA甲基化的改變會影響免疫細(xì)胞的活化和功能，從而干擾正常的免疫應(yīng)答過程。如前文所述，吸煙導(dǎo)致T細(xì)胞中與活化、分化相關(guān)基因的甲基化改變，使得T細(xì)胞在受到刺激時分泌細(xì)胞因子異常，打破了T細(xì)胞免疫功能的平衡。這會導(dǎo)致免疫反應(yīng)的失調(diào)，一方面可能使機(jī)體對病原體的免疫防御能力下降，增加感染的風(fēng)險；另一方面，異常的免疫反應(yīng)可能會引發(fā)過度的炎癥反應(yīng)，對機(jī)體自身組織造成損傷。在呼吸道感染中，吸煙會削弱T細(xì)胞對病原體的識別和殺傷能力，使得病原體更容易在體內(nèi)存活和繁殖，同時過度的炎癥反應(yīng)會導(dǎo)致呼吸道黏膜受損，加重感染癥狀。吸煙引起的免疫細(xì)胞DNA甲基化改變還會影響免疫記憶的形成和維持。免疫記憶是免疫系統(tǒng)對曾經(jīng)接觸過的病原體產(chǎn)生的記憶，使得機(jī)體在再次遇到相同病原體時能夠迅速做出免疫反應(yīng)。T細(xì)胞和B細(xì)胞在免疫記憶的形成中起著關(guān)鍵作用，而吸煙導(dǎo)致它們的DNA甲基化改變，可能會影響免疫記憶細(xì)胞的分化和功能。吸煙可能會導(dǎo)致T細(xì)胞記憶亞群的數(shù)量和功能異常，使得機(jī)體在再次接觸病原體時，無法迅速激活免疫反應(yīng)，降低了對病原體的抵抗力。從疾病易感性角度來看，吸煙相關(guān)的免疫細(xì)胞DNA甲基化改變與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。在自身免疫性疾病方面，吸煙會增加患類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等疾病的風(fēng)險。吸煙導(dǎo)致免疫細(xì)胞DNA甲基化異常，會打破免疫系統(tǒng)的自我耐受機(jī)制，使得免疫系統(tǒng)錯誤地攻擊自身組織，引發(fā)自身免疫反應(yīng)。在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中，吸煙會導(dǎo)致T細(xì)胞和B細(xì)胞的功能異常，分泌大量的自身抗體和炎癥因子，攻擊關(guān)節(jié)組織，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎癥、疼痛和損傷。在感染性疾病方面，吸煙會增加機(jī)體對病毒、細(xì)菌等病原體的易感性。吸煙引起的免疫細(xì)胞DNA甲基化改變會削弱免疫細(xì)胞的功能，降低機(jī)體的免疫防御能力，使得病原體更容易侵入機(jī)體并引發(fā)感染。研究表明，吸煙會增加患流感、肺炎等呼吸道感染疾病的風(fēng)險，且感染后的病情往往更嚴(yán)重，恢復(fù)時間更長。在流感病毒感染中，吸煙會導(dǎo)致呼吸道黏膜免疫細(xì)胞的功能受損，無法有效地識別和清除病毒，使得病毒在呼吸道內(nèi)大量復(fù)制，引發(fā)嚴(yán)重的呼吸道癥狀。5.2對干細(xì)胞的影響5.2.1干細(xì)胞DNA甲基化的變化吸煙會對干細(xì)胞的DNA甲基化產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致其甲基化模式發(fā)生改變。在胚胎干細(xì)胞中，吸煙相關(guān)的有害物質(zhì)可干擾DNA甲基化的正常調(diào)控過程。研究表明，煙草煙霧中的多環(huán)芳烴類物質(zhì)，如苯并芘，能夠進(jìn)入胚胎干細(xì)胞內(nèi)，與細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合，進(jìn)而影響DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的活性和表達(dá)。DNMTs活性和表達(dá)的改變會導(dǎo)致胚胎干細(xì)胞中某些基因區(qū)域的甲基化水平異常，影響胚胎干細(xì)胞的自我更新和分化能力。一些與胚胎發(fā)育關(guān)鍵信號通路相關(guān)的基因，如Wnt、Notch等信號通路中的基因，其啟動子區(qū)域的甲基化水平在吸煙影響下發(fā)生變化，可能會干擾胚胎干細(xì)胞向不同胚層細(xì)胞的分化過程，影響胚胎的正常發(fā)育。在成體干細(xì)胞方面，以造血干細(xì)胞為例，吸煙會改變其DNA甲基化譜。長期吸煙會導(dǎo)致造血干細(xì)胞中多個基因位點(diǎn)的甲基化水平發(fā)生改變，這些基因涉及造血干細(xì)胞的自我更新、分化以及造血微環(huán)境的維持等多個方面。一些與造血干細(xì)胞干性維持相關(guān)的基因，如HOXB4、BMI1等，其甲基化水平在吸煙后升高，可能會抑制這些基因的表達(dá)，導(dǎo)致造血干細(xì)胞的自我更新能力下降。與血細(xì)胞分化相關(guān)的基因，如GATA1、PU.1等，其甲基化水平的改變可能會影響造血干細(xì)胞向不同血細(xì)胞譜系的分化，導(dǎo)致血細(xì)胞生成異常。研究還發(fā)現(xiàn)，吸煙會使造血干細(xì)胞中與炎癥反應(yīng)相關(guān)基因的甲基化水平降低，導(dǎo)致這些基因表達(dá)上調(diào)，使造血干細(xì)胞處于慢性炎癥狀態(tài)，進(jìn)一步影響其正常功能。間充質(zhì)干細(xì)胞也會受到吸煙的影響，發(fā)生DNA甲基化變化。間充質(zhì)干細(xì)胞具有多向分化潛能，在組織修復(fù)和再生中發(fā)揮著重要作用。吸煙會導(dǎo)致間充質(zhì)干細(xì)胞中一些與分化調(diào)控相關(guān)基因的甲基化水平改變。在向成骨細(xì)胞分化的過程中，與成骨相關(guān)的關(guān)鍵基因，如RUNX2、OCN等，其啟動子區(qū)域的甲基化水平在吸煙后升高，可能會抑制這些基因的表達(dá)，阻礙間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化，影響骨組織的修復(fù)和再生。在向脂肪細(xì)胞分化時，與脂肪生成相關(guān)基因的甲基化水平也會發(fā)生變化，可能會干擾脂肪細(xì)胞的正常生成，影響脂肪組織的代謝和功能。5.2.2對組織修復(fù)和再生能力的潛在影響干細(xì)胞DNA甲基化的變化對組織修復(fù)和再生能力具有潛在的重大影響。在皮膚組織修復(fù)方面，表皮干細(xì)胞是維持皮膚正常結(jié)構(gòu)和功能的重要細(xì)胞，其DNA甲基化狀態(tài)的改變會影響皮膚的修復(fù)能力。吸煙導(dǎo)致表皮干細(xì)胞中與細(xì)胞增殖、遷移和分化相關(guān)基因的甲基化異常，使得表皮干細(xì)胞在受到損傷時，無法正常增殖和分化為表皮細(xì)胞，影響皮膚傷口的愈合。一些與細(xì)胞外基質(zhì)合成和降解相關(guān)的基因，其甲基化改變會導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響表皮干細(xì)胞的微環(huán)境，進(jìn)一步阻礙皮膚組織的修復(fù)。研究表明，吸煙人群的皮膚傷口愈合時間明顯長于非吸煙人群，且愈合質(zhì)量較差，容易留下疤痕，這與表皮干細(xì)胞DNA甲基化變化導(dǎo)致的修復(fù)能力下降密切相關(guān)。在骨骼組織修復(fù)中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的過程受到DNA甲基化的調(diào)控，而吸煙會干擾這一調(diào)控過程。如前文所述，吸煙會使骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中與成骨相關(guān)基因的甲基化水平升高，抑制基因表達(dá)，導(dǎo)致骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化受阻。在骨折修復(fù)過程中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞需要分化為成骨細(xì)胞，參與新骨的形成。如果吸煙導(dǎo)致骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化異常，就會影響骨折部位的骨痂形成和骨組織重建，延緩骨折的愈合進(jìn)程。長期吸煙還會導(dǎo)致骨密度下降，增加骨質(zhì)疏松的風(fēng)險，這也與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞DNA甲基化變化引起的成骨能力降低有關(guān)。在肝臟組織再生方面，肝干細(xì)胞的功能對肝臟的修復(fù)和再生至關(guān)重要。吸煙會影響肝干細(xì)胞的DNA甲基化，導(dǎo)致其增殖和分化能力改變。一些與肝臟再生相關(guān)的信號通路，如Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)基因的甲基化水平在吸煙后發(fā)生變化，可能會干擾肝干細(xì)胞的活化和分化，影響肝臟組織的再生。在肝臟受到損傷時，肝干細(xì)胞需要迅速增殖并分化為肝細(xì)胞，以修復(fù)受損的肝臟組織。吸煙導(dǎo)致肝干細(xì)胞DNA甲基化異常，會使肝臟的再生能力下降，增加肝臟疾病的發(fā)生風(fēng)險。六、吸煙影響DNA甲基化的因素與個體差異6.1吸煙量、吸煙時間和戒煙的影響6.1.1劑量-反應(yīng)關(guān)系吸煙量和吸煙時間與DNA甲基化變化程度之間存在明顯的劑量-反應(yīng)關(guān)系。眾多研究表明，隨著吸煙量的增加和吸煙時間的延長，DNA甲基化受到的影響更為顯著。美國夏威夷大學(xué)癌癥研究中心、凱克醫(yī)學(xué)院的科研人員在對跨6個不同種族/民族的2,728名參與者進(jìn)行的血液白細(xì)胞全表觀基因組關(guān)聯(lián)研究（EWAS）中發(fā)現(xiàn)，總尼古丁當(dāng)量（TNEs）作為衡量吸煙攝入量的指標(biāo)，與超250個基因組區(qū)域中408個CpG位點(diǎn)的差異DNA甲基化相關(guān)。其中，最顯著位點(diǎn)被注釋為AHRR、F2RL3、RARA、GPR15、PRSS23和2q37.1等，這些位點(diǎn)的甲基化程度都隨著TNE的增加而降低。這表明吸煙量越大，對這些基因位點(diǎn)甲基化水平的影響越明顯，呈現(xiàn)出劑量依賴性。對吸煙時間與DNA甲基化關(guān)系的研究也有類似發(fā)現(xiàn)。一項(xiàng)針對長期吸煙人群的追蹤研究表明，吸煙時間越長，AHRR基因位點(diǎn)的甲基化水平下降越明顯。AHRR基因在調(diào)控細(xì)胞對環(huán)境污染物的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用，其甲基化水平的持續(xù)降低可能會導(dǎo)致細(xì)胞對煙草中有害物質(zhì)的代謝和解毒能力逐漸下降，增加患病風(fēng)險。長期吸煙還會導(dǎo)致更多基因的甲基化模式發(fā)生改變，涉及到的生物學(xué)通路也更加廣泛，從而對人體健康產(chǎn)生更為嚴(yán)重的影響。吸煙量和吸煙時間還可能相互作用，共同影響DNA甲基化變化程度。長時間高劑量的吸煙可能會導(dǎo)致DNA甲基化模式發(fā)生更復(fù)雜、更持久的改變。在肺部組織中，長期大量吸煙會使一些與腫瘤抑制、炎癥調(diào)節(jié)相關(guān)基因的甲基化水平發(fā)生顯著變化，這些變化不僅會增加肺癌的發(fā)病風(fēng)險，還會加劇肺部的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致慢性阻塞性肺疾?。–OPD）等疾病的發(fā)生和發(fā)展。與吸煙相關(guān)的DNA甲基化改變還可能在不同組織中具有不同的劑量-反應(yīng)關(guān)系。在血液組織中，吸煙量和時間對某些免疫細(xì)胞相關(guān)基因的甲基化影響可能更為敏感，而在結(jié)腸組織中，可能對與腸道微生態(tài)平衡、細(xì)胞增殖相關(guān)基因的甲基化產(chǎn)生更顯著的影響。6.1.2戒煙后的DNA甲基化恢復(fù)情況戒煙后，DNA甲基化具有一定的可逆性，但恢復(fù)過程較為復(fù)雜且存在個體差異。美國國家環(huán)境健康科學(xué)研究所的研究人員對1.6萬份血液樣本進(jìn)行綜合分析后發(fā)現(xiàn)，戒煙后，多數(shù)受影響基因在5年內(nèi)自動恢復(fù)。然而，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對DNA甲基化程序進(jìn)行研究分析，分別將吸煙者與戒煙者的DNA甲基化位點(diǎn)和從未吸煙者進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，吸煙相關(guān)的DNA甲基化位點(diǎn)與超過7000個基因相關(guān)，約占已知人類基因的1/3，這些DNA位點(diǎn)甲基化在戒煙30年后依然存在。這表明雖然戒煙后部分DNA甲基化水平能夠恢復(fù)，但仍有相當(dāng)一部分甲基化改變會長期持續(xù)，對健康產(chǎn)生潛在影響。不同基因位點(diǎn)的DNA甲基化恢復(fù)情況存在差異。一些與吸煙密切相關(guān)的基因，如AHRR、F2RL3等，在戒煙后其甲基化水平會逐漸回升，但恢復(fù)速度較慢。對戒煙者的追蹤研究顯示，AHRR基因位點(diǎn)的甲基化水平在戒煙后的前幾年內(nèi)恢復(fù)較為緩慢，即使在戒煙10年后，仍未恢復(fù)到從未吸煙者的水平。而另一些基因的甲基化恢復(fù)則相對較快。某些與短期代謝調(diào)節(jié)相關(guān)的基因，在戒煙后1-2年內(nèi)，其甲基化水平可能就會恢復(fù)到接近從未吸煙者的狀態(tài)。戒煙時間的長短對DNA甲基化恢復(fù)程度有著重要影響。一般來說，戒煙時間越長，DNA甲基化恢復(fù)得越接近正常水平。但恢復(fù)過程并非線性的，在戒煙初期，DNA甲基化的恢復(fù)速度相對較快，隨著時間的推移，恢復(fù)速度逐漸減緩。戒煙5年內(nèi)，多數(shù)受影響基因的甲基化水平有明顯改善，但之后的恢復(fù)進(jìn)程變得緩慢。戒煙者的年齡、吸煙史（包括吸煙量、吸煙時間等）以及個體的遺傳背景等因素也會影響DNA甲基化的恢復(fù)情況。年輕的戒煙者相比年老的戒煙者，其DNA甲基化恢復(fù)能力可能更強(qiáng)。具有某些特定遺傳變異的個體，可能對吸煙相關(guān)DNA甲基化改變更為敏感，戒煙后的恢復(fù)也可能更困難。6.2遺傳因素的作用6.2.1遺傳多態(tài)性對吸煙相關(guān)DNA甲基化的影響遺傳多態(tài)性在個體對吸煙導(dǎo)致的DNA甲基化變化的敏感性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究表明，某些基因的遺傳多態(tài)性會影響DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的活性和表達(dá)，進(jìn)而改變個體對吸煙相關(guān)DNA甲基化改變的易感性。在眾多與DNA甲基化相關(guān)的基因中，DNMT1基因的遺傳多態(tài)性備受關(guān)注。DNMT1是維持DNA甲基化狀態(tài)的關(guān)鍵酶，其基因的單核苷酸多態(tài)性（SNP）可能會影響酶的結(jié)構(gòu)和功能。有研究發(fā)現(xiàn)，在某些人群中，DNMT1基因的特定SNP位點(diǎn)與吸煙導(dǎo)致的DNA甲基化變化密切相關(guān)。攜帶特定等位基因的個體，在吸煙后，某些基因位點(diǎn)的甲基化水平改變更為顯著。在AHRR基因位點(diǎn)，攜帶DNMT1基因特定SNP等位基因的吸煙者，其甲基化水平下降幅度明顯大于不攜帶該等位基因的吸煙者。這可能是因?yàn)樵揝NP改變了DNMT1的活性或其與DNA的結(jié)合能力，使得在吸煙環(huán)境下，AHRR基因的甲基化調(diào)控更容易受到干擾，從而導(dǎo)致甲基化水平的顯著變化。除了DNMT1基因，其他參與DNA甲基化調(diào)控的基因多態(tài)性也會產(chǎn)生影響。如TET1基因，它參與DNA的去甲基化過程。TET1基因的多態(tài)性會影響其編碼蛋白的活性，進(jìn)而影響DNA去甲基化的速率和程度。在吸煙人群中，攜帶TET1基因特定多態(tài)性的個體，其某些基因的去甲基化過程可能會發(fā)生異常，導(dǎo)致DNA甲基化模式的改變。一些與炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因，在攜帶TET1基因特定多態(tài)性的吸煙者中，其甲基化水平與不攜帶該多態(tài)性的吸煙者存在差異。這可能是由于TET1基因多態(tài)性影響了基因的去甲基化，進(jìn)而影響了基因的表達(dá)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的改變。遺傳多態(tài)性還可能通過影響其他生物學(xué)過程，間接影響吸煙相關(guān)的DNA甲基化。某些基因的多態(tài)性會影響細(xì)胞對煙草中有害物質(zhì)的代謝能力。細(xì)胞色素P450家族基因的多態(tài)性會導(dǎo)致其編碼的酶對煙草中多環(huán)芳烴、亞硝胺等有害物質(zhì)的代謝速率不同。攜帶特定細(xì)胞色素P450基因多態(tài)性的個體，在吸煙后，體內(nèi)有害物質(zhì)的代謝產(chǎn)物水平可能不同，這些代謝產(chǎn)物可能會進(jìn)一步影響DNA甲基化。代謝產(chǎn)物可能會與DNA結(jié)合，形成加合物，導(dǎo)致DNA損傷，進(jìn)而影響DNA甲基化的正常調(diào)控。某些代謝產(chǎn)物還可能影響DNMTs或其他與DNA甲基化相關(guān)因子的活性，間接改變DNA甲基化模式。6.2.2基因-環(huán)境交互作用基因與吸煙環(huán)境因素在影響DNA甲基化中存在復(fù)雜的交互作用，這種交互作用對個體健康產(chǎn)生重要影響。研究表明，基因與吸煙環(huán)境的相互作用會導(dǎo)致DNA甲基化模式的改變，進(jìn)而影響基因表達(dá)和疾病的發(fā)生發(fā)展。在吸煙相關(guān)肺癌的研究中，基因-環(huán)境交互作用的影響尤為顯著。以TP53基因?yàn)槔且环N重要的腫瘤抑制基因。在吸煙環(huán)境下，TP53基因的甲基化狀態(tài)會受到基因-環(huán)境交互作用的影響。某些個體攜帶TP53基因的特定多態(tài)性，在吸煙環(huán)境中，其TP53基因啟動子區(qū)域更容易發(fā)生高甲基化。這種高甲基化會導(dǎo)致TP53基因表達(dá)沉默，無法發(fā)揮其抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用，從而增加肺癌的發(fā)病風(fēng)險。而在不吸煙的情況下，攜帶相同多態(tài)性的個體，TP53基因的甲基化水平相對較低，肺癌發(fā)病風(fēng)險也相對較低。這表明基因與吸煙環(huán)境因素相互作用，共同影響了TP53基因的甲基化狀態(tài)，進(jìn)而影響了肺癌的發(fā)生?；?環(huán)境交互作用還會影響吸煙相關(guān)心血管疾病的發(fā)生。如前文所述，吸煙會導(dǎo)致心血管系統(tǒng)相關(guān)基因的DNA甲基化改變，增加心血管疾病的風(fēng)險。而某些基因的多態(tài)性會增強(qiáng)這種影響。在血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）基因中，存在I/D多態(tài)性。攜帶D等位基因的個體，在吸煙環(huán)境下，ACE基因的甲基化水平改變更為明顯，導(dǎo)致ACE表達(dá)增加，血管緊張素II生成增多，引起血管收縮、血壓升高，進(jìn)一步促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)展，增加心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險。而攜帶I等位基因的個體，在吸煙環(huán)境下，ACE基因甲基化改變相對較小，心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險也相對較低。這說明基因與吸煙環(huán)境因素的交互作用，通過影響DNA甲基化，對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。在免疫系統(tǒng)方面，基因-環(huán)境交互作用也會影響吸煙對免疫細(xì)胞DNA甲基化的作用。某些免疫相關(guān)基因的多態(tài)性，如IL-6基因的多態(tài)性，會影響吸煙對IL-6基因甲基化水平的改變。攜帶IL-6基因特定多態(tài)性的個體，在吸煙后，IL-6基因啟動子區(qū)域的甲基化水平降低更為顯著，導(dǎo)致IL-6基因表達(dá)上調(diào)，炎癥反應(yīng)增強(qiáng)。而在不吸煙的情況下，攜帶相同多態(tài)性的個體，IL-6基因甲基化水平和表達(dá)水平相對穩(wěn)定。這表明基因與吸煙環(huán)境因素相互作用，通過改變免疫細(xì)胞DNA甲基化，影響免疫系統(tǒng)的功能和炎癥反應(yīng)，進(jìn)而影響個體對疾病的易感性。6.3其他個體因素的影響6.3.1年齡、性別等因素的差異年齡和性別是影響吸煙相關(guān)DNA甲基化的重要個體因素，它們在吸煙對DNA甲基化的作用中展現(xiàn)出顯著的差異。從年齡角度來看，不同年齡段的個體對吸煙導(dǎo)致的DNA甲基化改變存在明顯的敏感性差異。在青少年時期，由于身體正處于快速生長發(fā)育階段，細(xì)胞代謝活躍，DNA甲基化模式也處于動態(tài)變化過程中，此時吸煙對DNA甲基化的影響可能更為深遠(yuǎn)。研究表明，青少年吸煙會導(dǎo)致某些與生長發(fā)育、細(xì)胞分化相關(guān)基因的甲基化水平發(fā)生異常改變。AHRR基因在青少年吸煙者中的甲基化水平變化更為顯著，且與吸煙的持續(xù)時間和強(qiáng)度密切相關(guān)。AHRR基因的異常甲基化可能會干擾青少年正常的生長發(fā)育進(jìn)程，影響身體各器官系統(tǒng)的正常功能。隨著年齡的增長，成年個體的DNA甲基化模式相對穩(wěn)定，但吸煙仍然會對其產(chǎn)生影響。然而，與青少年相比，成年個體對吸煙相關(guān)DNA甲基化改變的敏感性可能會降低。一些研究發(fā)現(xiàn)，在成年吸煙者中，雖然某些基因的甲基化水平會因吸煙而改變，但改變的程度可能相對較小。這可能是因?yàn)槌赡陚€體的細(xì)胞具有更強(qiáng)的自我修復(fù)和調(diào)節(jié)能力，能夠在一定程度上抵御吸煙對DNA甲基化的干擾。但長期大量吸煙仍然會對成年個體的DNA甲基化產(chǎn)生累積效應(yīng)，增加患病風(fēng)險。在老年人群中，由于身體機(jī)能逐漸衰退，細(xì)胞的修復(fù)和再生能力下降，吸煙對DNA甲基化的影響可能會進(jìn)一步加劇。老年吸煙者更容易出現(xiàn)與衰老相關(guān)基因的甲基化異常，加速衰老進(jìn)程，增加患多種慢性疾病的風(fēng)險。一些與心血管功能、認(rèn)知功能相關(guān)的基因，在老年吸煙者中甲基化水平的改變更為明顯，導(dǎo)致心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的發(fā)病風(fēng)險顯著增加。性別差異在吸煙相關(guān)DNA甲基化中也十分顯著。多項(xiàng)研究表明，男性和女性在吸煙對DNA甲基化的影響方面存在不同的模式和程度。在肺部組織中，男性吸煙者的某些基因甲基化水平改變可能更為突出。研究發(fā)現(xiàn)，男性吸煙者肺部組織中AHRR、F2RL3等基因的甲基化水平與吸煙的關(guān)聯(lián)更為緊密，且甲基化水平的改變幅度更大。這可能與男性和女性在肺部生理結(jié)構(gòu)、代謝功能以及激素水平等方面的差異有關(guān)。男性的肺部相對較大，氣道相對較粗，對煙草中有害物質(zhì)的代謝和清除能力可能與女性不同，從而導(dǎo)致吸煙對DNA甲基化的影響存在差異。在血液組織中，女性吸煙者可能對某些基因的甲基化改變更為敏感。一些研究顯示，女性吸煙者血液中與免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)相關(guān)基因的甲基化水平變化更為明顯。IL-6基因啟動子區(qū)域的甲基化水平在女性吸煙者中降低更為顯著，導(dǎo)致IL-6基因表達(dá)上調(diào)，炎癥反應(yīng)增強(qiáng)。這可能與女性的免疫系統(tǒng)特點(diǎn)以及激素對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用有關(guān)。雌激素等女性激素在免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用，吸煙可能會干擾激素的正常調(diào)節(jié)功能，進(jìn)而影響免疫相關(guān)基因的甲基化水平。性別差異還可能體現(xiàn)在對吸煙相關(guān)DNA甲基化改變的疾病易感性上。男性吸煙者可能更容易患肺癌、心血管疾病等，而女性吸煙者可能在某些自身免疫性疾病、骨質(zhì)疏松等方面的發(fā)病風(fēng)險增加。這與男性和女性在基因表達(dá)、生理功能以及對環(huán)境因素的反應(yīng)等方面的差異密切相關(guān)。男性和女性在吸煙相關(guān)DNA甲基化方面的差異，為個性化的吸煙干預(yù)和疾病預(yù)防提供了重要依據(jù)。6.3.2生活方式和其他環(huán)境因素的綜合作用生活方式和其他環(huán)境因素與吸煙相互作用，共同對DNA甲基化產(chǎn)生影響，這種綜合作用使得個體的健康風(fēng)險更加復(fù)雜。不良的生活方式，如不健康飲食、缺乏運(yùn)動、長期熬夜等，會加劇吸煙對DNA甲基化的不良影響。不健康飲食會導(dǎo)致體內(nèi)營養(yǎng)失衡，影響DNA甲基化相關(guān)的代謝過程。長期高糖、高脂肪飲食會導(dǎo)致體內(nèi)胰島素抵抗增加，血糖和血脂水平升高，這可能會干擾DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的活性和表達(dá)，進(jìn)而影響DNA甲基化。在吸煙人群中，若同時存在不健康飲食，會使某些與代謝相關(guān)基因的甲基化水平進(jìn)一步異常。PPARγ基因啟動子區(qū)域的甲基化水平在吸煙且飲食不健康的人群中升高更為明顯，PPARγ基因在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和胰島素敏感性中起著關(guān)鍵作用，其甲基化水平的異常會進(jìn)一步加重代謝紊亂，增加患糖尿病、心血管疾病等的風(fēng)險。缺乏運(yùn)動也是一個重要的生活方式因素。運(yùn)動能夠促進(jìn)身體的新陳代謝，增強(qiáng)細(xì)胞的活性和修復(fù)能力。而缺乏運(yùn)動則會導(dǎo)致身體代謝減緩，細(xì)胞功能下降，使得吸煙對DNA甲基化的負(fù)面影響更容易顯現(xiàn)。研究表明，缺乏運(yùn)動的吸煙者，其血液中與氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)相關(guān)基因的甲基化水平改變更為顯著。Nrf2基因是一種重要的抗氧化應(yīng)激基因，在缺乏運(yùn)動的吸煙者中，Nrf2基因啟動子區(qū)域的甲基化水平升高，導(dǎo)致Nrf2基因表達(dá)降低，機(jī)體抗氧化應(yīng)激能力下降，增加了氧化損傷和炎癥反應(yīng)的風(fēng)險。長期熬夜會打亂人體的生物鐘，影響內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的正常功能。在吸煙人群中，長期熬夜會使DNA甲基化的穩(wěn)定性受到更大的挑戰(zhàn)。一些與生物鐘調(diào)節(jié)相關(guān)基因的甲基化水平在吸煙且長期熬夜的人群中發(fā)生改變，進(jìn)而影響整個生物鐘系統(tǒng)的正常運(yùn)作。PER1基因是生物鐘調(diào)節(jié)的關(guān)鍵基因之一，其甲基化水平的改變會導(dǎo)致生物鐘紊亂，進(jìn)一步影響身體的代謝、免疫等功能，加重吸煙對健康的危害。其他環(huán)境因素，如空氣污染、化學(xué)物質(zhì)暴露等，也會與吸煙共同影響DNA甲基化。在空氣污染嚴(yán)重的環(huán)境中，空氣中的顆粒物、有害氣體等污染物會與煙草中的有害物質(zhì)協(xié)同作用，對DNA甲基化產(chǎn)生疊加效應(yīng)?？諝庵械亩喹h(huán)芳烴、重金屬等污染物會損傷DNA，干擾DNA甲基化的正常調(diào)控。在吸煙人群中，暴露于污染空氣中會使某些與呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病相關(guān)基因的甲基化水平改變更為明顯。AQP1基因在維持肺部正常水分平衡和氣體交換中起著重要作用，在吸煙且暴露于污染空氣的人群中，AQP1基因啟動子區(qū)域的甲基化水平升高，導(dǎo)致AQP1基因表達(dá)降低，影響肺部的正常功能，增加患呼吸系統(tǒng)疾病的風(fēng)險?；瘜W(xué)物質(zhì)暴露也是一個不容忽視的因素。一些職業(yè)環(huán)境中，人們會接觸到各種化學(xué)物質(zhì)，如有機(jī)溶劑、農(nóng)藥、重金屬等。這些化學(xué)物質(zhì)可能會與吸煙相互作用，影響DNA甲基化。在接觸有機(jī)溶劑的吸煙人群中，某些與肝臟解毒功能、細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的甲基化水平會發(fā)生改變。CYP2E1基因是參與有機(jī)溶劑代謝的關(guān)鍵基因，在吸煙且接觸有機(jī)溶劑的人群中，CYP2E1基因啟動子區(qū)域的甲基化水平降低，導(dǎo)致CYP2E1基因表達(dá)上調(diào)，可能會增加肝臟的代謝負(fù)擔(dān)，同時也會影響細(xì)胞凋亡過程，增加患肝臟疾病和腫瘤的風(fēng)險。七、DNA甲基化變化與吸煙相關(guān)疾病的關(guān)聯(lián)7.1癌癥7.1.1肺癌中的DNA甲基化特征與吸煙關(guān)系肺癌是一種嚴(yán)重威脅人類健康的惡性腫瘤，吸煙是其主要的致病因素之一。大量研究表明，吸煙會導(dǎo)致肺癌組織中出現(xiàn)顯著的DNA甲基化特征改變，這些改變與肺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。在肺癌組織中，與吸煙相關(guān)的DNA甲基化特征表現(xiàn)為廣泛的異常甲基化模式。許多關(guān)鍵基因的啟動子區(qū)域呈現(xiàn)出高甲基化狀態(tài)，從而導(dǎo)致基因表達(dá)沉默或下調(diào)。AHRR基因在肺癌組織中的甲基化水平明顯高于正常肺組織，且與吸煙量和吸煙時間呈正相關(guān)。AHRR基因參與調(diào)控細(xì)胞對環(huán)境污染物的反應(yīng)，其高甲基化會抑制基因表達(dá)，使細(xì)胞對煙草中有害物質(zhì)的代謝和解毒能力下降，增加肺癌的發(fā)病風(fēng)險。研究還發(fā)現(xiàn)，在肺癌患者中，一些與細(xì)胞周期調(diào)控、凋亡相關(guān)的基因，如CDKN2A（編碼p16蛋白）、BCL-2等，其啟動子區(qū)域也常常發(fā)生高甲基化。p16蛋白是一種重要的細(xì)胞周期抑制因子，其基因啟動子區(qū)域的高甲基化會導(dǎo)致p16蛋白表達(dá)減少，使得細(xì)胞周期調(diào)控異常，細(xì)胞增殖失去控制，進(jìn)而促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展。BCL-2基因是一種抗凋亡基因，其高甲基化會導(dǎo)致BCL-2蛋白表達(dá)降低，削弱細(xì)胞的抗凋亡能力，使細(xì)